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1 LIFE+ PROJECT ACRONYM ETA-BETA LIFE09 ENV IT Scheda n 6 Tecnologie ambientali per le Apea FOTOVOLTAICO Aspetti ambientali interessati dalla tecnologia emissioni aria scarichi acqua rifiuti rumore energia consumo acqua utilizzo efficiente risorse (materie prime) prodotti chimici e sostanze pericolose contaminazione/consumo suolo Denominazione della tecnologia in esame GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA TRAMITE CONVERSIONE FOTOVOLTAICA La tecnologia di conversione fotovoltaica è attualmente una tipologia di generazione di energia elettrica rinnovabile molto diffusa e affermata in Italia e nel resto del mondo. Il componente tecnologico principale è il modulo fotovoltaico (comunemente chiamato pannello ) che ha il compito di convertire la luce in energia elettrica grazie all effetto fotoelettrico (detto anche fotovoltaico). Il modulo è composto da una serie di celle fotovoltaiche unite tra loro che generalmente sono costituite da una lamina di materiale semiconduttore il più diffuso dei quali è il silicio. In questo caso si parla di moduli fotovoltaici in silicio mono o poli cristallino. La differenza principale tra queste due tipologie risiede nell efficienza di conversione fotovoltaica (il mono cristallino ha un efficienza leggermente superiore al policristallino 16%/17% contro il 15%/16%) e nelle forma delle celle (il monocristallino deriva da cilindri e quindi ha una forma sferica che spreca molto spazio nella giunzione di più celle, mentre il policristallino può essere tagliato in diverse forme). Negli ultimi anni si sono sviluppate anche altre tipologie di conversione. In particolare la tecnologia detta a film sottile è quella che ha trovato maggiore spazio dopo i moduli tradizionali. E composta da uno strato di materiale semiconduttore depositato su un adeguato supporto. Rispetto al modulo tradizionale ha la caratteristica di essere più adattabile Pagina 1 di 10

2 alle varie tipologie di installazione, poiché risulta essere flessibile rispetto alla rigidità del modulo tradizionale. Tuttavia è caratterizzato da efficienze medie inferiori perché risulta poco efficace con la frazione ultravioletta della luce solare, sebbene sia invece più performante per le frequenze nel campo della luce visibile. E proprio per quest ultimo motivo che le applicazioni a film sottili sono più adatte per esposizioni non ottimali, poiché riescono a lavorare meglio con la luce diffusa piuttosto che con la radiazione diretta. I moduli a film sottile possono essere composti da silicio amorfo (nei quali gli atomi di silicio vengono depositati in maniera amorfa, ossia disorganizzata), da telloruro di cadmio (CdTe), da solfuro di cadmio (CdS), da arseniuro di cadmio (GaAs), da diseleniuro di indio rame (CIS) e da diseleniuro di indio rame gallio (CIGS). Il mercato nazionale ed internazionale vanta moltissimi produttori di moduli fotovoltaici di diversa tipologia. E quindi praticamente impossibile menzionare tutti i produttori di moduli fotovoltaici. Sulla base di indagini svolte presso operatori del settore fotovoltaico sulla qualità dei moduli, i nomi che maggiormente emergono sono SunPower (USA), Conergy (Germania), Schott Solar (Germania), Solarworld (Germania) e Sanyo (Giappone). La Cina negli ultimi anni ha sviluppato una forte industria fotovoltaica che l ha resa una delle nazioni a maggior diffusione mondiale di moduli. La Suntech risulta essere, a detta degli operatori del settore, l azienda cinese che fornisce il modulo con il miglior rapporto qualità/prezzo. In Italia è possibile citare Super Solar, Renergies Italia, Enfinity, Solsonica, First Solar, X Group ed altri ancora, Di queste aziende solo alcune producono anche le celle che costituiscono il modulo (come ad esempio Solsonica e X Group). La maggior parte delle aziende le acquista all estero per poi assemblarle in Italia. Pagina 2 di 10

3 Descrizione della tecnologia ambientale Il principale problema ambientale che viene affrontato adottando sistemi fotovoltaici è la riduzione delle emissioni di sostanze inquinanti e climalteranti in atmosfera, con particolare riferimento all anidride carbonica (CO 2) gas principale responsabile del cosiddetto effetto serra. La produzione di energia elettrica tramite sistemi fotovoltaici consente di abbattere le emissioni di CO 2 di circa 400 grammi per ogni kwh di energia elettrica 1 non prodotta con sistemi termici convenzionali. Al 22 dicembre 2011 era installa in Italia una potenza di picco superiore a MW in grado di produrre mediamente almeno GWh di energia elettrica ogni anno ed evitare l emissione in atmosfera di circa tonnellate di CO 2. Il principio di funzionamento di un sistema fotovoltaico come detto è il cosiddetto Effetto fotovoltaico. In fisica dello stato solido l'effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore) passa alla banda di conduzione a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale. Il meccanismo di funzionamento si basa sull'utilizzo di materiali semiconduttori. Infatti, nel caso di materiali isolanti, il band gap (cioè l energia per liberare un elettrone dalla struttura che lo tiene legato) risulta troppo elevato per poter essere eguagliato dall'energia del fotone incidente, mentre per i materiali conduttori l'energia del band gap è piccolissima, quindi a temperatura ambiente c'è una continua creazione e distruzione di coppie elettrone-lacuna e l'energia necessaria alla creazione viene fornita direttamente dalle fluttuazioni termiche. Quando un flusso luminoso investe invece il reticolo cristallino di un semiconduttore, si verifica la transizione in banda di conduzione di un certo numero di elettroni al quale corrisponde un egual numero di lacune che passa in banda di valenza. Si rendono pertanto disponibili portatori di carica, che possono essere sfruttati per generare corrente. Stato di applicazione Le applicazioni fotovoltaiche vanno da impianti di piccolissime dimensione (dell ordine del kw di picco) fino ai grandi impianti a terra anche di decine di MW. Generalmente i piccoli impianti sono a servizio di piccole utenze residenziali mentre per strutture produttive generalmente la taglia varia tra i 50 kw fino al MW. Indicativamente per realizzare un kw di impianto serve una superficie di circa 7 mq. Dal punto di vista normativo è possibile utilizzare direttamente l energia prodotta dall impianto (cioè in regime di scambio sul posto) solo per potenze inferiori a 200 kw. Per potenze maggiori si deve procedere in regime di vendita diretta cioè di cessione dell energia prodotta alla Rete di Trasmissione Nazionale. In Italia trovano molto spazio le applicazioni industriali e ultimamente si stanno diffondendo le installazioni in sostituzione delle coperture in amianto. 1 Il valore di emissione è riferito al sistema di generazione elettrica nazionale detto anche mix energetico nazionale cioè le modalità con le quali si produce energia elettrica in Italia. Pagina 3 di 10

4 Impianto Fotovoltaico - San Lazzaro di Savena (Bologna) Specifiche: smaltimento amianto, rifacimento tetto, impianto fotovoltaico Figura 1 Fonte: Ambiente italia Impianto Fotovoltaico, San Mauro Pascoli Forlì-Cesena Fitodepurazion Polvese (PG) Figura 2 Fonte: Ambiente Italia Pagina 4 di 10

5 Impianto Fotovoltaico, Maranello (Modena) Figura 3 Fonte: Ambiente italia Impianto Fotovoltaico, Pavullo nel Frignano (Modena) Specifiche: smaltimento amianto, rifacimento tetto, impianto fotovoltaico Figura 4 Fonte: Ambiente italia Pagina 5 di 10

6 Impianto Fotovoltaico, Inverter, Pavullo nel Frignano (Modena) Specifiche: smaltimento amianto, rifacimento tetto, impianto fotovoltaico Figura 5 Fonte: Ambiente Italia L'impatto ambientale di un impianto fotovoltaico può essere valutato considerando tre distinte fasi: impatto durante la fase produttiva dell'impianto; impatto allo smantellamento dell'impianto; impatto sul paesaggio nel periodo in cui rimane installato. Un impianto fotovoltaico durante la sua produzione è paragonabile ad un qualsiasi prodotto di un industria chimica. L impatto ambientale è quello di una normale fabbrica chimica. Durante la lavorazione dei pannelli fotovoltaici vengono utilizzate sostanze ad elevata tossicità la cui manipolazione richiede particolari accorgimenti per la tutela della salute delle maestranze e delle popolazioni dei luoghi circostanti. Al variare della tipologia dei pannelli varieranno, ovviamente, i prodotti inquinanti. Per quelli a silicio cristallino avremo acido cloridrico e triclorosilano mentre per quelli a silicio amorfo avremo silano, fosfina e diborano. Ancora più pericolose ed inquinanti sono le sostanze chimiche necessarie alla lavorazione dei pannelli fotovoltaici che non utilizzano giunzioni di silicio. I pannelli CIS (rame, indio, selenio) utilizzano seleniuro di idrogeno mentre quelli CdTe (telloruro di cadmio) utilizzano il cadmio, entrambi fortemente tossici e cancerogeni. Un pannello fotovoltaico ha fortunatamente una vita utile molto lunga se paragonata a quella di un qualsiasi altro bene industriale di consumo (superiore ai 25 anni). Alla fine della sua vita, però, dovrà essere trattato come rifiuto speciale in quanto contenente diverse sostanze tossiche a pertire da piombo, rame, selenio, gallio, indio, tellurio, cadmio, non smaltibili con i normali processi. La lavorazione e l'estrazione di questi metalli, non è semplice e perciò risulta alquanto costosa. Il progressivo ed esponenziale diffondersi della tecnologia fotovoltaica, con buona probabilità, obbligherà le case produttrici stesse ad essere sempre più interessate al recupero di buona Pagina 6 di 10

7 parte dei componenti esausti, favorendo così una produzione mirata a tale recupero. Dal punto di vista energetico le risorse impiegate per la produzione di un modulo fotovoltaico vengono ampiamente compensate dalla produzione energetica del modulo stesso. Il tempo di ritorno dell energia spesa per la realizzazione varia da 2 anni nell Europa meridionale fino ad oltre 4 anni per l Europa centrale e settentrionale. Durante gli anni del loro utilizzo i pannelli fotovoltaici non danno particolari problemi né, sino ad oggi, si sono riscontrati rischi per la salute e l'ambiente. L'unico punto critico riscontrabile è l'impatto sul paesaggio: ad esempio la loro integrazione architettonica nel centro storico di una città d'arte. Tale problematica potrà però essere risolta con la diffusione dei nuovi pannelli fotovoltaici flessibili che consentiranno una più diffusa integrazione nell'architettura dell'edificio. Rif: pvcycle.org Benefici e vantaggi I vantaggi legati all adozione di impianti fotovoltaici sono sia di natura ambientale che economica. Sono già stati spiegati i vantaggi ambientali in termini di riduzione delle emissioni in atmosfera di inquinanti. Dal punto di vista economico, il fotovoltaico rappresenta un ottimo investimento a medio/lungo termine soprattutto grazie al meccanismo di incentivazione in vigore in Italia già da diversi anni, confermato fino alla fine del Tale meccanismo, denominato Conto Energia, è attualmente alla sua quarta edizione. Prevede tariffe incentivanti dell energia elettrica prodotta e immessa in rete. La tabella seguente riporta le tariffe per il primo e secondo semestre del semestre semestre 2012 Classi di potenza Impianti sugli edifici Altri impianti Impianti sugli edifici Altri impianti kw /kwh /kwh /kwh /kwh 1 P 3 0,274 0,240 0,252 0,221 3 < P 20 0,247 0,219 0,227 0, < P 200 0,233 0,206 0,214 0, < P ,224 0,172 0,202 0, < P ,182 0,156 0,164 0,140 P > ,171 0,148 0,154 0,133 Tabella1 Pagina 7 di 10

8 Specifiche tariffe sono applicate per gli impianti cosiddetti ad alta valenza architettonica che comprendono anche gli impianti completamente integrati nella struttura edilizia (a sostituzione di componenti edilizi). La tabella seguente riporta tali tariffe per il Classe potenza di 1 semestre semestre 2012 kw /kwh /kwh 1 P 20 0,418 0, < P 200 0,380 0,373 P > 200 0,352 0,345 Tabella2 Un ulteriore incentivo è conferito in caso di rimozione di coperture in amianto e contestuale installazione di moduli fotovoltaici sulla copertura. L extra incentivo (non cumulabile con impianti integrati ad alta valenza architettonica) è pari a 5 centesimi di euro per ogni kwh prodotto dall impianto. Il tempo di ritorno di un installazione fotovoltaica varia da 8 a 12 anni in funzione prevalentemente della localizzazione geografica dell impianto. Gestione e manutenzioni Gli impianti fotovoltaici, se ben installati e di buona qualità, necessitano generalmente di pochissima manutenzione, se non quelle legate alla pulizia dei moduli che periodicamente deve essere svolta. Non richiede personale qualificato per l esecuzione. La difficoltà può risiedere nell accesso all impianto che in alcuni casi deve prevedere attrezzature e sistemi di sicurezza adeguati. Per quanto riguarda i moduli non sono necessari ulteriori interventi di manutenzione ordinaria. Un aspetto maggiormente critico è legato all inverter. La durata media di un inverter è di circa 10 anni, quindi necessariamente deve essere prevista almeno una sostituzione durante il ciclo di vita dell impianto fotovoltaico. Il costo dell inverter varia a seconda della taglia dell impianto e varia tra 150 euro e 250 euro per kw di potenza di picco installato. Costi I costi di un impianto fotovoltaico, con la diffusione sempre più capillare degli ultimi anni, sono decisamente calati. Il costo complessivo di un impianto è composto dal costo dei moduli, da quello del/degli inverter e dei sistemi di cablaggio, dal costo di eventuali strutture di supporto, dei moduli, dalla manodopera e dal ricarico del venditore. Il costo varia ovviamente anche in funzione della dimensione dell impianto. Come spesso accade più l impianto è grande, minore sarà il costo specifico chiavi in mano. Indicativamente è possibile affermare che un impianto di piccole dimensioni (indicativamente fino a 50 kw) chiavi in mano è caratterizzato da un costo variabile da a euro per ogni kw di potenza. E possibile che i costi siano anche inferiori nel caso vengano adottati Pagina 8 di 10

9 moduli a basso costo che in molti casi attualmente scendono al di sotto dell euro per watt di picco. E possibile anche riscontrare costi superiore nel caso si adottino moduli particolari ad alta efficienza o con caratteristiche costruttive speciali (come ad esempio i vetri fotovoltaici) che tuttavia risultano difficilmente quantificabili in modo generico. Il costo dei moduli rappresenta circa l 80% del costo totale dell impianto. Pagina 9 di 10

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